РФА против ОЭС для литой стали: почему углерод важен наряду с хромом, никелем и молибденом

Запасная футеровка мельницы поставляется с сертификатом на материал. Портативный анализатор идентифицирует хром и молибден, а на его экране отображается знакомое семейство сплавов. Похоже, что отливка соответствует заказу на поставку.

Этого достаточно, чтобы освободить его для установки?

Не обязательно. Если прибор представляет собой обычный портативный рентгенофлуоресцентный анализатор, он не измеряет содержание углерода напрямую. Углерод может быть одним из наиболее важных элементов, контролирующих твердость, реакцию на термообработку и поведение при разрушении изнашиваемых компонентов из литой стали.

Это различие имеет значение для горнодобывающего, цементного и агрегатного оборудования. Футеровка, компонент дробилки, болт вкладыша или другая деталь из сплава могут содержать ожидаемый хром и молибден, но при этом иметь неподходящее содержание углерода, неправильную термическую обработку или неадекватные механические свойства.

Положительная идентификация материала, обычно называемая PMI, имеет большое значение. Однако результат идентификации сплава следует интерпретировать в рамках возможностей прибора и требований спецификации материала.

В этом руководстве сравниваются портативный РФА, искровая оптическая эмиссионная спектрометрия и анализ горения. В нем объясняется, что может установить каждый метод, а что нет, и как покупатели могут определить практический план химической проверки компонентов из литой стали.

Почему углерод имеет решающее значение в литой стали

Углерод — неметаллический элемент, но его влияние на сталь может быть больше, чем влияние некоторых намеренно добавленных металлов.

В подходящих системах сплавов углерод влияет:

• Потенциальная твердость после закалки
• Прочность и пластичность
• Образование карбида
• Трансформационное поведение
• Реакция закалки
• Свариваемость
• Склонность к растрескиванию
• Баланс между стойкостью к истиранию и ударопрочностью.

Правильное содержание углерода зависит от всего сплава и его предполагаемой микроструктуры. Более высокий результат углерода не означает автоматически улучшение состояния изнашиваемого компонента.

Для гильзы, подвергшейся сильным ударам, может потребоваться другой баланс твердости и прочности по сравнению с компонентом, подвергающимся главным образом скользящему истиранию. Поэтому потребность в углероде необходимо оценивать вместе с хромом, молибденом, марганцем, никелем, термообработкой и условиями эксплуатации.

Химический сертификат, показывающий только хром и молибден, не может установить этот баланс.

Углерод не заменяет механические испытания

Даже если углерод соответствует техническим характеристикам, отливка может иметь неподходящие свойства по следующим причинам:

• Неправильные условия аустенизации
• Недостаточное охлаждение через тяжелую секцию
• Неподходящий цикл отпуска
• Местная сегрегация
• Крупное зерно
• Усадочная пористость
• Неметаллические включения
• Остаточное напряжение
• Закалочное растрескивание

Химическая проверка подтверждает состав в месте отбора пробы. Он не является независимым подтверждением прочности отливки, качества термообработки или пригодности к эксплуатации.

Что измеряет портативный XRF

Рентгеновская флуоресценция использует источник рентгеновского излучения для возбуждения материала. Прибор измеряет характеристическую флуоресценцию, излучаемую обнаруживаемыми элементами, и использует полученный спектр для оценки состава.

Обычные портативные рентгеновские аппараты полезны для идентификации многих легирующих элементов, включая хром, никель и молибден. В зависимости от прибора, калибровки и условий эксплуатации они также могут измерять такие элементы, как марганец, медь, кобальт, вольфрам и некоторые более легкие элементы.

Их портативность делает их полезными для входного контроля, сортировки материалов и проверки отдельных компонентов на соответствие ожиданиям семейства сплавов.

Однако обычный портативный РФА не позволяет напрямую измерять уровень углерода.

Если марка материала отличается в первую очередь содержанием углерода, соответствие класса XRF не может подтвердить это различие. Отображаемое имя класса представляет собой интерпретацию, основанную на измеренных элементах и ​​библиотеке классов прибора.

Название класса на экране не является полным сертификатом

Функция идентификации содержания обычно сравнивает измеренный состав с сохраненными пределами или эталонными образцами.

Его надежность зависит от:

• Какие элементы измеряет прибор
• Выбранная калибровка
• Содержимое библиотеки оценок
• Время измерения
• Подготовка поверхности
• Образец геометрии
• Покрытия или загрязнения
• Проверка прибора
• Сходство конкурирующих сортов

Две стали могут иметь одинаковое содержание хрома, никеля и молибдена, но разные требования к углероду. Прибор может идентифицировать их общее семейство, не устраняя разницу в содержании углерода.

Поэтому инспектору следует просмотреть результаты по элементам и ограничения метода, а не только предлагаемое название класса.

Что измеряет Spark OES

Искровая оптико-эмиссионная спектрометрия, или искровая ОЭС, использует электрический разряд для возбуждения небольшого участка поверхности металла. Испускаемый свет отделяется и анализируется для определения элементного состава.

При соответствующей конфигурации прибора, калибровке, подготовке проб и условиях эксплуатации искровой ОЭС может измерять углерод и другие элементы, важные для характеристик стали.

ASTM E415 представляет собой метод анализа углеродистой и низколегированной стали методом искровой атомно-эмиссионной спектрометрии. Его объем включает определенные диапазоны легирующих и остаточных элементов.

Существование стандарта не означает, что каждый прибор может анализировать каждую марку отливки в соответствии с этим стандартом. Лаборатория должна подтвердить, что образец и требуемые диапазоны состава попадают в утвержденную область применения метода.

Настольный OES и мобильный OES не являются идентичными средствами контроля

Настольные приборы обычно анализируют подготовленные образцы в контролируемых лабораторных условиях. Mobile Spark OES может поддерживать тестирование подходящих компонентов в других местах, но для этого все равно требуется правильная конфигурация прибора и подходящая подготовленная поверхность.

Практические соображения включают в себя:

• Доступ к месту тестирования
• Ровность поверхности
• Удаление окалины и покрытий
• Подача аргона при необходимости
• Калибровка прибора
• Проверка справочных материалов
• Размер искрового стенда или зонда
• Эффект обезуглероживания поверхности
• Разрешение оставить небольшую тестовую отметку

Спецификация должна идентифицировать требуемый результат и принятый метод. Не следует предполагать, что все оборудование, называемое «спектрометром», обладает одинаковыми возможностями.

Что добавляет анализ горения

Анализ горения – еще один признанный подход к определению углерода и серы.

Подготовленную пробу сжигают в контролируемых условиях и анализируют полученные газы. Процедура требует подходящего отбора проб, массы пробы, калибровки и методов контроля качества.

ASTM E1019 охватывает методы определения углерода, серы, азота и кислорода в определенных металлических материалах с использованием методов сжигания и синтеза инертного газа. Применимая процедура должна быть выбрана для испытуемого элемента и материала.

Анализ горения особенно полезен, когда содержание углерода или серы требует согласованного лабораторного подтверждения. Он не обеспечивает полного анализа хрома, никеля и молибдена на основе одного и того же измерения углерода/серы.

Для некоторых заказов искровая система OES обеспечивает плановую проверку состава, а анализ сгорания дает согласованное подтверждение содержания углерода или серы. Необходимость того и другого зависит от спецификации, риска и аналитических требований.

Сравнение РФА, ОЭС и анализа горения

Эти методы отвечают на разные вопросы. Надежный план проверки сочетает в себе методы, необходимые для фактической спецификации покупки, вместо того, чтобы рассматривать одно испытание как универсальную замену.

Как углерод, хром, никель и молибден работают вместе

В таблице ниже обобщены общие роли металлургов. Это не спецификация марки или рекомендация по замене существующего сплава.

Соответствующий диапазон углерода должен соответствовать указанному сорту или утвержденному специальному составу. Никогда не следует делать вывод о результатах измерения содержания хрома и молибдена портативным анализатором.

Распространенные ситуации, когда одного XRF недостаточно

Хромомолибденовые футеровки мельниц

Результаты портативного РФА могут подтвердить идентификацию семейства хромомолибденовых сплавов. Он не может установить содержание углерода или подтвердить, что вкладыш прошел необходимую термическую обработку.

Для вкладыша Cr-Mo пакет практической проверки может включать:

• Теплохимический анализ
• Углеродная проверка соответствующим методом
• Маркировка продукции и отслеживание плавкости
• Твердость в согласованных местах
• Испытание на удар, где это необходимо
• Документация по термообработке
• Поверхностный или внутренний осмотр, если указано

Контекст продукта см. в нашемСтраница футеровки мельницы ПСИ из хромомолибденовой стали.

Варианты на основе углерода в семействе сплавов

Некоторые различия в марках зависят от пределов содержания углерода, даже если основные легирующие элементы схожи.

Если требования приемки зависят от углерода, используйте метод, допускающий углерод. Не принимайте идентификацию библиотеки классов как доказательство того, что элемент не был измерен.

Также избегайте замены обозначения деформируемого сорта на обозначение литейного сорта просто потому, что их названия или основные легирующие элементы кажутся похожими.

Белый чугун с высоким содержанием хрома

Белый чугун с высоким содержанием хрома требует проверки на содержание углерода, а также хрома и других указанных элементов.

Однако ASTM E415 — это метод для углеродистых и низколегированных сталей. Его не следует автоматически применять к белому железу с высоким содержанием хрома только потому, что оба являются материалами на основе железа.

Лаборатория должна выбрать и утвердить аналитическую методику, соответствующую материалу, его составу и металлургическому состоянию.

Отремонтированные или покрытые поверхности

Показания на металле сварного шва, наплавке, гальваническом покрытии или загрязненной поверхности могут не отражать основную отливку.

Перед тестированием определите, является ли место измерения:

• Исходный основной металл
• Сварка-ремонт металла
• Нанесенный слой износа
• Обработанная поверхность
• Поверхность с покрытием
• Обезуглероженная поверхность
• Область, на которую повлияла предыдущая резка или нагрев.

Место проведения теста должно соответствовать задаваемому вопросу.

Подготовка поверхности может определить, будет ли результат полезен

Технически исправный инструмент все равно может дать нерепрезентативный результат на неподходящей поверхности.

Краска, ржавчина, окалина, масло, покрытие и вкрапления абразивного материала могут помешать проведению испытаний. Шероховатые поверхности также могут препятствовать правильному контакту или уплотнению зонда.

Для искрового ОЭС подготовка проб должна соответствовать утвержденной процедуре. Важные соображения включают в себя:

• Удаление необходимого поверхностного слоя
• Предотвращение загрязнения шлифовальными инструментами
• Подготовка достаточной ровной площади
• Контроль тепла, выделяющегося во время приготовления
• Избегание областей, измененных сваркой или резкой
• Выявление возможного обезуглероживания поверхности
• Использование эталонных материалов, соответствующих образцу.

ASTM E415 отмечает, что улучшение характеристик ожидается, когда эталонные материалы и образцы имеют схожий состав и металлургическое состояние. Поэтому аналитическая подготовка заслуживает такого же внимания, как и выбор инструментов. См. область применения метода ASTM E415.

Не указывайте произвольную глубину шлифовки для каждой отливки. Требуемая подготовка зависит от состояния поверхности, истории производства и принятой процедуры.

Выборка: правильное измерение все еще может быть нерепрезентативным

Результат может быть аналитически правильным для испытуемого образца, но недостаточным для характеристики всего компонента или партии груза.

Это различие особенно важно для крупных отливок.

Тепловой анализ

Образец теплового анализа подтверждает плавку, связанную с производством. Оно должно быть связано с отливкой посредством прослеживаемой идентификации плавки.

Сертификат без надежной связи с поставляемым компонентом обеспечивает ограниченную гарантию.

Анализ продукта

Анализ продукта проводится на материале, взятом из отливки или другого согласованного места производства продукта.

Спецификация закупки должна определять:

• Требуется ли анализ продукта
• Где берется проба
• Кто это готовит
• Какой метод используется
• Какие допуски применяются
• Как разрешаются разногласия

Местная сегрегация

Отливки могут содержать изменения состава, связанные с затвердеванием. Одно измерение не отображает всю отливку.

Если местные различия вызывают беспокойство, инженер и лаборатория должны согласовать план отбора проб. Проведение большого количества измерений без определенного плана не обязательно приведет к более репрезентативному выводу.

ISO 4990 рассматривает общие технические требования к поставке отливок из стали, никелевых и кобальтовых сплавов, включая выбор образцов и образцов для испытаний. Применимая спецификация материала или продукта остается важной при определении приемки.

Что должен содержать полезный отчет PMI

Отчет, в котором говорится только «PMI пройден», оставляет важные вопросы без ответа.

Значение, которое не было измерено, должно быть идентифицировано как неизмеренное. Он не должен отображаться как ноль, считаться соответствующим или молча опускаться, если элемент необходим для принятия.

Практический процесс входного контроля

Шаг 1. Ознакомьтесь с требованиями к покупке

Подтвердите версию чертежа, марку материала, требуемый химический состав, условия термообработки и требования к проверке.

Определите, какие элементы необходимы для того, чтобы отличить указанный материал от возможных альтернатив.

Шаг 2. Проверьте отслеживаемость

Сравните маркировку отливки с упаковочным листом, сертификатом материала и записями о термообработке.

Если идентификация отсутствует или противоречива, устраните ее, прежде чем полагаться на результаты анализа.

Шаг 3. Используйте XRF для получения ответов на вопросы

При необходимости используйте ручной РФА для проверки обнаруживаемых легирующих элементов и выявления очевидной путаницы материалов.

Запишите элементарные результаты и любую неразрешенную двусмысленность в оценках.

Шаг 4. Проверка углерода при необходимости

Если для подтверждения или приемки сорта необходим углерод, получите результат с помощью соответствующего метода, позволяющего использовать углерод.

Не делайте вывод об содержании углерода на основе твердости, внешнего вида или соответствия библиотеке марок.

Шаг 5. Просмотрите другие необходимые элементы

Определите, были ли надлежащим образом измерены сера, фосфор, кремний или другие указанные элементы по принятой методике.

Функциональность прибора должна быть подтверждена для требуемого материала и диапазона концентраций.

Шаг 6: Обзор термообработки и свойств

Проверьте твердость, ударную вязкость, растяжение или другие необходимые результаты. Подтвердите, что испытательные образцы и производственные отливки имеют согласованное соотношение.

Шаг 7. Устраните отклонения перед выпуском

Если результат выходит за рамки критериев приемки, следуйте согласованной процедуре повторного тестирования, расследования или утилизации.

Не усредняйте несвязанные показания, чтобы несоответствующий результат выглядел приемлемым.

Почему твердость не может определить содержание углерода

На твердость влияют состав, микроструктура и обработка.

Одна и та же сталь может иметь очень разные значения твердости в условиях отжига, нормализации, закалки или отпуска. Различные сплавы также могут иметь одинаковую твердость.

Следовательно, твердость не может однозначно установить:

• Содержание углерода
• Марка сплава
• Содержание хрома
• Содержание молибдена
• Ударная вязкость
• Внутренняя целостность

Твердость остается ценной при использовании по назначению. Карта твердости может выявить различия в отливке и помочь оценить стабильность термообработки.

Дополнительную информацию о том, как геометрия и материал гильзы взаимодействуют при эксплуатации, см.Что такое футеровка мельницы ПСИ и как она работает?.

Распространенные ошибки проверки

Рассматривая каждый «спектрометр» как эквивалент

РФА и искровой ОЭС используют разные физические принципы и имеют разные возможности. Определите фактический метод в плане проверки.

Принятие названия класса без элементарных результатов

Совпадение с библиотекой — это полезная вспомогательная информация. Оно не должно заменять сравнение измеренных значений с заданными пределами.

Измерение неправильной поверхности

Показания по ремонту сварного шва, покрытию или загрязненной области могут ответить на вопрос, отличный от заданного.

Применение стандарта за пределами его сферы действия

Метод, предназначенный для углеродистой и низколегированной стали, не следует считать подходящим для каждой отливки из высоколегированной стали, белого чугуна или цветных металлов.

Путаница между химическим соответствием и эксплуатационной пригодностью

Правильный химический состав не означает, что компонент имеет правильную форму, термическую обработку, прочность или уровень приемлемости дефектов.

Исключение неизмеренных элементов

Если углерод требуется, но не измеряется, в отчете этот пробел должен быть виден.

Контрольный список запросов предложений для химической проверки

При заказе компонентов из литой стали укажите следующую информацию.

Продукт и материал

• Чертеж и доработка
• Номер детали
• Количество
• Марка материала и стандарт
• Утвержденная индивидуальная химия, если применимо
• Требуемые условия термообработки
• Нормальная рабочая температура
• Условия удара, истирания и коррозии

Химические испытания

• Обязательные элементы
• Диапазоны приемки и максимальные пределы
• Требования к тепловому анализу
• Требования к анализу продукта
• Углеродный метод, где это необходимо
• Метод подтверждения серы, где требуется
• Места отбора проб
• Определение плавки или партии
• Частота испытаний
• Точность отчетности
• Процедуры повторного тестирования и оспаривания

Поддержка инспекции

• Диапазон твердости и расположение
• Требования к испытаниям на удар
• Требования к испытаниям на растяжение
• Металлографические требования
• Методы неразрушающего контроля и критерии приемки
• Проверка размеров
• Ограничения на ремонт сваркой
• Необходимые сертификаты
• Свидетельские точки клиента или третьей стороны

Обсудите эти требования перед производством. Добавление требования к контролю после отливки и термообработки может создать трудности с отбором проб или сделать первоначальный план квалификации непригодным.

Безопасность и инженерная ответственность

Портативное рентгеновское оборудование производит ионизирующее излучение и должно эксплуатироваться обученным персоналом в соответствии с применимыми требованиями радиационной безопасности и инструкциями производителя.

Spark OES создает электрический разряд и оставляет небольшой след на поверхности. Для его использования требуется подходящее оборудование, подготовка поверхности и контроль на месте. Его не следует использовать в потенциально огнеопасной атмосфере без необходимой оценки и разрешения.

Отбор проб, измельчение и резка представляют дополнительную опасность. Никогда не подготавливайте и не тестируйте компонент, пока он движется, имеет недостаточную опору или подключен к неуправляемому оборудованию.

План проверки должен быть одобрен персоналом, ответственным за приемку материалов. Эта статья не заменяет действующий стандарт на материалы, квалифицированную лабораторную процедуру или техническую экспертизу конкретного оборудования.

Часто задаваемые вопросы

Может ли обычный ручной РФА-анализатор измерить углерод в стали?

Нет. Обычный портативный РФА-анализатор не измеряет углерод напрямую. Если для приемки требуется углерод, используйте подходящий аналитический метод, учитывающий углерод.

Доказывает ли соответствие класса XRF, что отливка соответствует всем спецификациям материала?

Нет. Он поддерживает идентификацию на основе измеренных элементов. Отдельного рассмотрения требуют неизмеренные элементы, термическая обработка, механические свойства и прочность отливки.

Всегда ли Spark OES лучший выбор?

Не автоматически. Его пригодность зависит от сплава, аналитического диапазона, инструмента, геометрии образца, подготовки и требуемой точности. Лаборатория должна выбрать валидированный метод.

Может ли анализ горения подтвердить наличие хрома и молибдена?

Результат сжигания углерода/серы не дает полного хромомолибденового анализа. Требуется дополнительный элементный анализ.

Могу ли я использовать марку кованой стали в качестве марки для литья?

Не обошлось и без анализа технических характеристик и технических характеристик. Подобные основные легирующие элементы не делают стандарты продукции или требования к обработке взаимозаменяемыми.

Должен ли каждый кастинг проходить все испытания?

Не обязательно. Частота проверок должна соответствовать спецификации покупки, применимому стандарту и плану приемки с учетом рисков. Определите требования перед производством.

Заключение

Ручной РФА полезен для идентификации сплавов и проверки обнаруживаемых легирующих элементов. Ограничение содержания углерода становится важным при использовании футеровок мельниц из литой стали и других компонентов, свойства которых сильно зависят от углерода.

Полный план проверки должен включать:

• Указанная марка материала
• Отслеживаемая тепловая идентификация продукта
• Аналитический метод, позволяющий измерять необходимые элементы.
• Репрезентативная выборка
• Документация по термообработке
• Механический и неразрушающий контроль, где необходимо.

Для литой хромомолибденовой стали подтверждение содержания хрома и молибдена является лишь частью процесса проверки материала. Углерод, остаточные элементы, микроструктура и обработка также должны соответствовать согласованным требованиям.

Отправьте в EB China чертеж компонента, условия эксплуатации и спецификацию проверки на рассмотрение. Объем производства, аналитические методы и критерии приемки должны быть подтверждены до предложения и производства.

Посмотреть футеровки мельниц ПСИ из хромомолибденовой стали

Обзор возможностей завода

Просмотр информации о контроле качества

Отправьте чертежи и требования к проверке для получения предложения

Электронная почта:cast@ebcastings.com